[论文解读] Molecular Gas in NUclei of GAlaxies (NUGA). X. The Seyfert 2 galaxy NGC 3147

V. Casasola, F. Combes+4 more|ArXiv.org|Aug 8, 2008

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 47被引用 25

一句话总结

本研究利用IRAM PdBI和30米望远镜的高分辨率12 CO(1-0)与(2-1)观测，绘制了赛弗特2型星系NGC 3147中的分子气体分布，揭示了中心峰值以及约2 kpc处的环状结构，以及约4 kpc处的外螺旋结构。通过新识别出的弱近红外棒结构计算的引力扭矩分析显示，在~2 kpc以内扭矩为负，表明此处存在约0.5 M⊙ yr⁻¹的向内气体流动，尽管流入速率适中，但仍与AGN持续吸积相符。

ABSTRACT

We present CO(1-0) and CO(2-1) observations of the SA(rs)bc Seyfert 2 galaxy NGC 3147, obtained with the IRAM interferometer at 1\farcs9 $ imes$1\farcs6 and 1\farcs6 $ imes$1\farcs4 resolutions, respectively. A central peak seen mainly in CO(2-1) and a ring-like structure at $r \simeq 10$\arcsec $\sim$2 kpc dominate the CO maps. In CO(1-0) an outer spiral at $r \simeq 20$\arcsec $\sim$4 kpc is also detected, not visible in CO(2-1) emission because it falls outside the field-of-view of the primary beam. The kinematics of the molecular structures are quite regular, although there is evidence for local non-circular or streaming motions. We show that the molecular gas distribution is similar but not exactly identical to those of star formation tracers. Using a NIR image obtained with adaptive optics at the CFHT Telescope, we identify a weak bar in NGC 3147, which is classified as non-barred galaxy in the optical. We then compute the gravity torques exerted by this stellar bar on the gas. We find that the gas inside the inner CO ring is subject to a net negative torque and loses angular momentum. This is expected for gas at the UHR, just inside the corotation resonance of the stellar bar. In contrast, the gas outside corotation, in the spiral arms comprising the outer spiral structure, suffers positive torques and is driven outwards. We conclude that some molecular gas is presently flowing into the central region, since we find negative torques down to the resolution limit of our images.

研究动机与目标

• 研究赛弗特2型星系NGC 3147核区分子气体的分布与运动学特征。
• 确定恒星棒产生的引力扭矩是否能够驱动气体流入中心区域，从而为AGN供能。
• 将分子气体结构与恒星形成示踪剂（GALEX FUV与Spitzer 8 μm）进行比较，评估气体动力学与恒星形成之间的关联。
• 评估非圆周运动与共振结构在气体供能机制中的作用。
• 量化质量流入速率并评估其是否足以驱动低光度AGN。

提出的方法

• 利用IRAM高原-博尔干涉仪对12 CO(1-0)与(2-1)进行高分辨率干涉观测，角分辨率分别为1.9×1.6″与1.6×1.4″。
• 通过IRAM 30米望远镜进行补充的单孔径12 CO(1-0)与(2-1)观测，以完整采样低空间频率信息。
• 利用加拿大-法国-夏威夷望远镜的近红外自适应光学成像识别出在光学数据中不可见的弱恒星棒。
• 在CO图的每个空间位置计算引力扭矩，并按气体面密度加权后进行方位平均，以评估净角动量损失或获得。
• 结合棒驱动的共振结构解释扭矩，识别出超谐频共振（UHR）与同心半径。
• 基于扭矩分布与动力学 timescale，假设气体在约5个动力学时标内流动，估算质量流入速率。

实验结果

研究问题

• RQ1 NGC 3147中的分子气体是否呈现出与棒驱动流入一致的结构，如环状与螺旋状结构？
• RQ2 此前未被探测到的弱恒星棒在驱动气体向AGN方向流动中起到何种作用？
• RQ3 观测到的引力扭矩如何与超谐频共振与同心半径等共振结构相关联？
• RQ4 分子气体分布与FUV和8 μm发射等恒星形成示踪剂的相关性如何？
• RQ5 中心100–200 pc区域的分子气体质量流入速率估计值是多少？该速率是否足以驱动赛弗特2型星系核？

主要发现

• 12 CO(1-0)与(2-1)图谱中，中心CO峰值与显著的~2 kpc（10″）环状结构占主导地位，而~4 kpc（20″）处的外螺旋结构仅在12 CO(1-0)中可见。
• 平均I21/I10线亮度比约为0.7（以温度单位表示），与螺旋星系核区预期的光学厚发射一致。
• 气体运动学整体规则，但局部存在非圆周运动，表明内区动力学复杂。
• 内区CO环与中心发射与FUV及8 μm恒星形成示踪剂高度对齐，而外螺旋结构位于臂间区域，表明其为瞬态的、前恒星形成结构。
• 通过近红外成像识别出弱恒星棒，光学数据中不可见；其引力扭矩在~2 kpc以内为负，表明净角动量向内损失。
• 估算的质量流入速率为~0.5 M⊙ yr⁻¹，若假设约10%的质量-能量转换效率，则足以解释观测到的AGN光度。